Introducción

Esta lección introduce la aplicación del Anexo A2 a productos tubulares de acero. El contenido explica cómo se seleccionan y preparan probetas de tensión cuando el producto tiene forma tubular, considerando sección completa, tiras longitudinales, tiras transversales y probetas redondas.

Los productos tubulares requieren atención particular porque su geometría no siempre permite ensayar el material como si fuera una barra, una placa o una lámina plana. El tubo puede tener sección redonda, cuadrada, rectangular o especial, y esa forma influye en la selección de probeta, el método de sujeción, la orientación, la ubicación respecto a soldadura y el cálculo del área original.

El Anexo A2 cubre productos tubulares de formas Redondas, cuadradas, rectangulares y especiales. Esta variedad hace que la geometría del producto sea determinante para elegir el tipo de probeta, el método de sujeción y la forma de calcular el área de sección.

Desarrollo

El Anexo A2 contiene requisitos particulares para productos tubulares de acero. Estos requisitos complementan las reglas generales de ASTM A370-24 y las adaptan a las condiciones propias de tubos y perfiles tubulares. Cuando el anexo contiene una regla específica para productos tubulares, esa regla guía la aplicación dentro de este tipo de producto. Si la especificación de producto establece una condición propia, esa especificación conserva prioridad para el producto evaluado.

Los productos tubulares pueden tener forma redonda, cuadrada, rectangular o especial. Esta diversidad impide seleccionar la probeta únicamente por conveniencia operativa. La forma del producto afecta la manera de sujetarlo, la posibilidad de usar una sección completa, la necesidad de cortar tiras, la ubicación de la soldadura cuando exista y el cálculo del área transversal usada para determinar propiedades de tensión.

Para tensión longitudinal, puede utilizarse una probeta de sección tubular completa como alternativa a las tiras longitudinales o a las probetas redondas longitudinales. Esta opción depende de que la máquina de ensayo tenga capacidad suficiente para cargar el tubo completo. No debe seleccionarse sección completa si el equipo no puede aplicar la carga de forma adecuada o si la geometría impide una sujeción válida.

Cuando se usa una sección tubular completa, pueden emplearse tapones metálicos ajustados en los extremos del tubo. Su función es Para permitir el agarre sin aplastar el tubo y sin invadir la zona de elongación. Los tapones deben introducirse lo suficiente para que las mordazas sujeten correctamente la probeta, pero no deben extenderse dentro de la parte donde se medirá la elongación.

La función de los tapones no es reforzar artificialmente la zona de medición. Su función es permitir el agarre del tubo sin aplastarlo y ayudar a que la carga se transmita de manera controlada. También debe cuidarse que, en la medida practicable, la carga se aplique axialmente. Si la sujeción produce aplastamiento, excentricidad o interferencia con la longitud de medición, el resultado puede perder representatividad.

La longitud de una probeta tubular de sección completa depende de la longitud de calibración prescrita para medir elongación. Salvo que la especificación de producto indique otra condición, la longitud de calibración es de 2 in. o 50 mm. Para tubos con diámetro exterior de 3/8 in. (9.5 mm) o menor, puede usarse una longitud de calibración igual a cuatro veces el diámetro exterior cuando se requiera una elongación comparable con la obtenida en probetas mayores.

La sección transversal de una probeta tubular completa se calcula con Diámetro exterior y espesor de pared. Las mediciones deben registrarse como el promedio entre el mayor y menor diámetro exterior y como el espesor promedio de pared. Estas mediciones deben registrarse a la aproximación de 0.001 in. (0.025 mm). El cálculo del área no debe sustituirse por valores nominales sin trazabilidad de medición.

La relación usada para determinar el área de una sección tubular completa se basa en el diámetro exterior y el espesor de pared. En esta relación, el área se obtiene con la expresión A = 3.1416t(D – t), donde A representa el área seccional, D el diámetro exterior y t el espesor de pared. Esta ecuación debe entenderse como herramienta de cálculo para probetas tubulares completas, no como regla aplicable a cualquier tipo de probeta tubular sin revisar su geometría.

También existen otros métodos para determinar el área transversal, como el uso del peso de la probeta, siempre que sean igualmente exactos o apropiados para el propósito. Esta posibilidad no elimina la necesidad de conservar trazabilidad del método utilizado. Si se usa un método alternativo de área, debe quedar documentado.

Como alternativa a la sección completa, pueden usarse tiras longitudinales cortadas del producto tubular. Estas tiras se obtienen del tubo y se maquinan conforme a la geometría aplicable para probetas longitudinales de productos tubulares. Esta alternativa permite ensayar una porción representativa del tubo cuando no conviene o no es posible ensayar la sección completa.

En productos tubulares soldados, la ubicación de las tiras longitudinales respecto a la soldadura debe controlarse. Para tubería estructural soldada, la probeta debe tomarse de una ubicación al menos a 90° de la soldadura. Para otros productos tubulares soldados, la probeta debe tomarse aproximadamente a 90° de la soldadura, salvo que la especificación aplicable indique otra condición. Esta regla evita que la probeta represente una zona no prevista o que se evalúe la soldadura sin que esa sea la intención del ensayo.

La longitud de calibración de las tiras longitudinales debe seguir la dimensión indicada para esa geometría, salvo que la especificación de producto establezca otra cosa. Las tiras pueden ensayarse con mordazas planas, con mordazas cuyo contorno corresponda a la curvatura del producto tubular, o con extremos aplanados sin calentamiento antes de usar mordazas planas. La selección de sujeción debe evitar deslizamiento, flexión, torsión o deformación no controlada.

En la preparación de tiras longitudinales, se prefiere la probeta indicada como opción principal para esa geometría. Sin embargo, si la capacidad del equipo, las dimensiones o la naturaleza del producto tubular impiden usarla, pueden emplearse otras geometrías aplicables. Esta decisión debe estar justificada por la condición real del producto y del equipo, no por conveniencia.

La medición dimensional de tiras longitudinales es crítica para el cálculo del área. El ancho debe medirse en cada extremo de la longitud de calibración para verificar paralelismo y también en el centro. El espesor debe medirse en el centro y usarse junto con el ancho central para determinar el área transversal. El ancho central debe registrarse a 0.005 in. (0.127 mm) y el espesor a 0.001 in. (0.025 mm).

Las tiras transversales requieren mayor cautela. En general, los ensayos de tensión transversal no se recomiendan para productos tubulares menores de 8 in. de diámetro nominal. Esto se debe a que la curvatura y la geometría del tubo pueden dificultar la preparación de una probeta transversal representativa.

Cuando se requieren tiras transversales, pueden obtenerse de anillos cortados de los extremos del tubo o tubería. La probeta puede aplanarse después de separarla del tubo o antes de separarla. Ese aplanamiento puede realizarse en caliente o en frío. Si se hace en frío, la probeta puede normalizarse posteriormente. Cuando el tubo o la tubería tienen tratamiento térmico especificado, la probeta aplanada debe recibir el mismo tratamiento que el producto tubular.

Para tubos o tuberías con espesor de pared menor de 3/4 in. (19 mm), la probeta transversal debe tener la forma y dimensiones indicadas para esa geometría. Una o ambas superficies pueden maquinarse para obtener espesor uniforme. Esta preparación permite controlar el área y reducir efectos de irregularidad que puedan afectar el cálculo de propiedades.

Cuando se ensayan probetas transversales de tubos o tuberías soldados para determinar la resistencia de la soldadura, la probeta debe ubicarse perpendicular a la costura soldada, con la soldadura aproximadamente a la mitad de su longitud. Esta ubicación tiene una finalidad distinta a la de una probeta tomada lejos de la soldadura: aquí se busca evaluar la zona soldada bajo una condición controlada.

Las tiras transversales también requieren medición dimensional controlada. El ancho debe medirse en cada extremo de la longitud de calibración para verificar paralelismo y también en el centro. El espesor debe medirse en el centro, y el área se determina con el ancho central y el espesor central. El ancho central debe registrarse a 0.005 in. (0.127 mm) y el espesor a 0.001 in. (0.025 mm).

También pueden emplearse probetas redondas cuando la especificación de producto lo permite. Esta opción no debe asumirse automáticamente para todo tubo. Debe existir autorización o condición aplicable que permita usar probeta redonda en lugar de sección completa, tira longitudinal o tira transversal.

El diámetro de la probeta redonda debe medirse en el centro de la probeta a 0.001 in. (0.025 mm). Esta medición es necesaria porque el área original depende del diámetro real. Si se usa un diámetro nominal sin medición, el cálculo de esfuerzo puede no representar la sección real de la probeta.

Cuando no puede prepararse una probeta redonda estándar, pueden utilizarse probetas pequeñas proporcionales. En esas probetas, la longitud de calibración para medir elongación debe ser cuatro veces el diámetro. Esta relación conserva la proporcionalidad geométrica y permite que los requisitos de elongación aplicables a la probeta redonda estándar de 2 in. de longitud de calibración se apliquen también a probetas pequeñas proporcionales.

Para probetas redondas transversales, la sección desde la cual se toma la probeta no debe aplanarse ni deformarse de otra manera. Esta restricción evita que la preparación cambie la condición del material antes del ensayo. Si se deforma la sección de origen, el resultado puede reflejar el efecto de esa preparación y no el comportamiento real del producto tubular.

Las probetas redondas longitudinales se obtienen de tiras cortadas del producto tubular. Esto mantiene la relación entre dirección longitudinal, geometría del tubo y orientación de la probeta. Como en las demás opciones, la selección debe documentarse junto con la ubicación, orientación, dimensión medida y especificación aplicable.

En la aplicación técnica, esta lección se traduce en una revisión previa del tipo de tubo, forma de sección, presencia de soldadura, orientación requerida, capacidad del equipo, método de sujeción, tipo de probeta, longitud de calibración, mediciones dimensionales y método de cálculo del área. Sin estos elementos, el resultado de tensión puede carecer de trazabilidad suficiente.

Referencias a tablas, notas y figuras

FIG. A2.1 – Metal Plugs for Testing Tubular Specimens, Proper Location of Plugs in Specimen and of Specimen in Heads of Testing Machine funciona como apoyo visual para entender el uso de tapones metálicos en probetas tubulares de sección completa. Su función es mostrar la ubicación adecuada de tapones y mordazas sin sustituir la verificación real de sujeción y carga axial.

FIG. A2.2 – Location of Longitudinal Tension-Test Specimens in Rings Cut From Tubular Products funciona como apoyo visual para ubicar probetas longitudinales obtenidas de anillos cortados de productos tubulares. Su función es apoyar la orientación y localización de probetas, no definir por sí sola la aceptación del producto.

FIG. A2.3 – Dimensions and Tolerances for Longitudinal Strip Tension Test Specimens for Tubular Products funciona como apoyo dimensional para tiras longitudinales. Ayuda a ubicar longitud de calibración, ancho, espesor, sección reducida, paralelismo y extremos de sujeción.

FIG. A2.4 – Location of Transverse Tension Test Specimens in Ring Cut from Tubular Products funciona como apoyo visual para obtener tiras transversales desde anillos cortados del tubo. También ayuda a distinguir opciones de aplanamiento antes o después de separar la probeta.

FIG. A2.5 – Transverse Tension Test Specimen Machined From Ring Cut from Tubular Products funciona como apoyo dimensional para probetas transversales maquinadas desde anillos de productos tubulares.

Equation (A2.1) – Full-section tubular specimen cross-sectional area relaciona el diámetro exterior promedio y el espesor promedio de pared para calcular el área de una probeta tubular de sección completa. Su uso requiere mediciones reales y registro del método aplicado.

NOTE A2.1 – Other methods of cross-sectional area determination permite reconocer que existen métodos alternativos para determinar área, como el pesaje de especímenes, cuando sean igualmente exactos o apropiados para el propósito.

NOTE A2.2 – Exact formula for cross-sectional area of specimens from circular tube remite a una fórmula exacta para calcular el área de probetas del tipo mostrado para tiras tomadas de tubos circulares. Esta nota se conserva como apoyo documental sin desarrollar el método externo completo.

Conclusión

El Anexo A2 convierte el ensayo de tensión general en un conjunto de opciones controladas para productos tubulares. La elección entre sección completa, tira longitudinal, tira transversal o probeta redonda depende de la geometría, la capacidad del equipo, la especificación aplicable y la ubicación de la soldadura cuando exista.

El laboratorio debe documentar tipo de probeta, orientación, ubicación respecto a la soldadura, longitud de calibración, dimensiones medidas, método de sujeción, condición de aplanamiento cuando aplique y ecuación o procedimiento usado para calcular el área.

Una probeta tubular mal seleccionada, mal ubicada respecto a la soldadura, calculada con área nominal sin medición o deformada durante su preparación puede generar resultados que no representen correctamente al producto evaluado.

Pregunta Reflexiva

Si se ensaya un tubo soldado, ¿qué riesgo técnico existiría si la probeta se toma sin controlar su ubicación respecto a la soldadura y sin registrar el tipo de probeta usada?